KR101684307B1 - 표면 탄성파의 입력 임피던스의 최적화 방법 - Google Patents
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Abstract
대역통과 필터를 설계하는 방법, 및 필터가 개시된다. 제 1 디자인 기준들을 만족하는 베이스라인 필터 디자인이 확립될 수 있는데, 베이스라인 필터 디자인은 복수 개의 직렬 표면 탄성파 공진기 및 복수 개의 션트 표면 탄성파 공진기를 포함하고, 각각의 표면 탄성파 공진기는 각각의 공진 주파수를 가진다. 통과 대역에서의 베이스라인 필터 디자인의 입력 임피던스에 기초한 성능 메트릭이 결정될 수 있다. 하나 이상의 대체 필터 디자인이 확립될 수 있고 개별 성능 메트릭이 결정될 수 있는데, 각각의 대체 필터 디자인은 복수 개의 직렬 표면 탄성파 공진기 중 두 개 이상 및/또는 복수 개의 션트 표면 탄성파 공진기 중 두 개 이상의 공진 주파수를 재배열시킴으로써 확립될 수 있다. 최종 필터 디자인은 개별 성능 메트릭에 기초하여 베이스라인 디자인 및 하나 이상의 대체 필터 디자인으로부터 선택될 수 있다.
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본 개시물은 표면 탄성파(SAW) 공진기를 사용하는 무선 주파수 필터에 관한 것이고, 특히 통신 장비에서 사용되기 위한 송신 필터 및 듀플렉서에 관한 것이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, SAW 공진기(100)는 석영, 리튬 니오베이트(lithium niobate), 리튬 탄탈레이트, 또는 갈륨 란탄 실리케이트(lanthanum gallium silicate)와 같은 압전 재료로 제조된 기판(105)의 표면에 형성된 박막 도체 패턴에 의하여 형성될 수 있다. 기판(105)은 압전 재료의 단결정 슬래브일 수 있고, 또는 실리콘, 사파이어, 또는 석영과 같은 다른 재료에 결합되는 압전 재료의 박막 단결정 웨이퍼를 포함하는 합성물 기판일 수 있다. 합성물 기판은 단결정 압전 재료 자체만의 열팽창 계수와 상이한 열팽창 계수를 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 제 1 인터-디지털 트랜스듀서(inter-digital transducer; IDT; 110)는 복수 개의 병렬 도체를 포함할 수 있다. 입력 단자(IN)를 통해 제 1 IDT(110)로 인가되는 무선 주파수 또는 마이크로파 신호가 기판(105)의 표면에 탄성파를 생성할 수 있다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 표면 탄성파는 좌우 방향으로 전파할 것이다. 제 2 IDT(120)는 탄성파를 출력 단자(OUT)에서 무선 주파수 또는 마이크로파 신호로 역변환할 수 있다. 제 2 IDT(120)의 도체는 도시된 바와 같이 제 1 IDT(110)의 도체와 인터리빙될 수 있다. 다른 SAW 공진기 구성(미도시)에서, 제 2 IDT를 형성하는 도체는 제 1 IDT를 형성하는 도체에 가깝거나, 또는 이로부터 분리되는 기판(105)의 표면에 배치될 수 있다.
제 1 IDT(110)와 제 2 IDT(120) 사이의 전기적 커플링은 매우 주파수 의존적이다. 제 1 IDT(110)와 제 2 IDT(120) 사이의 전기적 커플링은 통상적으로 공진(제 1 및 제 2 IDT 사이의 임피던스가 최소인 경우) 및 반-공진(제 1 및 제 2 IDT 사이의 임피던스가 최대인 경우) 모두를 보인다. 공진 및 반-공진의 주파수들은 주로 맞물린 도체들의 피치 및 방위, 기판 재료의 선택, 및 기판 재료의 결정학적 방위에 의하여 결정된다. 그레이팅 반사기(130, 132)가 기판에 배치되어, 탄성파의 대부분의 에너지를 제 1 및 제 2 IDT(110, 120)에 의하여 점유되는 기판의 영역으로 한정할 수 있다.
SAW 공진기는 대역 거절 필터, 대역통과 필터, 및 듀플렉서를 포함하는 다양한 무선 주파수 필터에서 사용된다. 듀플렉서는, 공통 안테나를 사용한 동시적인 제 1 주파수 대역에서의 송신 및 제 2 주파수 대역(제 1 주파수 대역과 상이함)에서의 수신을 가능하게 하는 무선 주파수 필터 디바이스이다. 듀플렉서는 셀룰러 전화기를 포함한 무선 통신 장비에서 일반적으로 볼 수 있다.
도 2 는 통신 디바이스(200)의 일부의 블록도이다. 통신 디바이스(200)는 송신기(210), 듀플렉서(220), 안테나(230), 및 수신기(240)를 포함한다. 듀플렉서(220)는 송신 필터(222) 및 수신 필터(224)를 포함할 수 있다. 송신 필터(222)는 송신기(210)와 안테나(230) 사이에 커플링될 수도 있다. 수신 필터(224)는 안테나(230)와 수신기(240) 사이에 커플링될 수 있다. 듀플렉서(220)의 중요한 기능은, 수신기를 송신기로부터 격리시켜서 수신기가 송신기로부터 수신되는 에너지에 의하여 과부하 상태가 되지 않게 보장하는 것이다. 이러한 목적을 위해서, 송신 필터(222)는 주파수 대역에 있는 주파수를 통과시키고, 송신 주파수 대역과 별개인 수신 주파수 대역에 있는 주파수들은 차단 또는 억제하도록 설계될 수 있다. 반대로, 수신 필터는 수신 주파수 대역에 있는 주파수를 통과시키고 송신 주파수 대역에 있는 주파수들은 차단하도록 설계될 수도 있다.
송신기(210)는 송신될 무선 주파수 신호를 생성하는 전력 증폭기(212) 및 전력 증폭기(212) 및 듀플렉서(220) 내의 송신 필터(222)를 커플링하는 임피던스 매칭 네트워크(214)를 포함할 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크(214)는 전력 증폭기(212)의 출력 임피던스를 송신 필터(222)의 입력 임피던스와 매칭시키도록 설계될 수 있다. 비록 송신기(210)의 일부로서 도시되었지만, 임피던스 매칭 네트워크(214)는 전체적으로 또는 부분적으로 송신 필터(222)에 통합될 수도 있다. 전력 증폭기(212)의 출력 임피던스는 통상적으로 송신 주파수 대역에 걸쳐서 상수이거나 거의 상수이다. 전력 증폭기(212)로부터의 전력을 안테나(230)에 효율적 커플링하는 것을 보장하기 위하여, 송신 필터(222)의 입력 임피던스도 역시 송신 주파수 대역에 걸쳐 가능한 정도까지는 상수인 것이 바람직할 수 있다.
도 1 은 SAW 공진기의 개략적인 평면도이다.
도 2 는 통신 장치의 블록도이다.
도 3a 는 예시적인 표면 탄성파 필터 송신 필터의 블록도이다.
도 3b 는 도 3a 의 필터의 S-파라미터의 그래프이다.
도 3c 는 도 3a 의 필터의 입력 임피던스의 그래프가 있는 스미스 차트(Smith chart)이다.
도 4a 는 다른 예시적인 표면 탄성파 필터 송신 필터의 블록도이다.
도 4b 는 도 4a 의 필터의 S-파라미터의 그래프이다.
도 4c 는 도 4a 의 필터의 입력 임피던스의 그래프가 있는 스미스 차트이다.
도 5 는 도 3a, 도 4a, 및 도 6a 의 예시적인 표면 탄성파 필터들의 공진기 주파수들을 비교하는 표이다.
도 6a 는 다른 예시적인 표면 탄성파 필터 송신 필터의 블록도이다.
도 6b 는 도 5a 의 필터의 S-파라미터의 그래프이다.
도 6c 는 도 5a 의 필터의 입력 임피던스의 그래프가 있는 스미스 차트이다.
도 7 은 표면 탄성파 필터의 입력 임피던스를 최적화하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 8 은 도 6a 의 필터의 입력 임피던스의 그래프이다.
본 명세서 전체를 통해, 도면에 나타나는 구성 요소에는 세 자리 참조 번호들이 할당되는데, 이 중 가장 높은 숫자는 해당 구성 요소가 처음 나타나는 도면 번호를 나타내고 다음 두 개의 숫자들은 해당 구성 요소에 고유한 것이다. 도면과 함께 기술되지 않는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 가지는 이전에 설명된 구성 요소와 동일한 특징과 기능을 가지는 것으로 간주될 수 있다.
도 2 는 통신 장치의 블록도이다.
도 3a 는 예시적인 표면 탄성파 필터 송신 필터의 블록도이다.
도 3b 는 도 3a 의 필터의 S-파라미터의 그래프이다.
도 3c 는 도 3a 의 필터의 입력 임피던스의 그래프가 있는 스미스 차트(Smith chart)이다.
도 4a 는 다른 예시적인 표면 탄성파 필터 송신 필터의 블록도이다.
도 4b 는 도 4a 의 필터의 S-파라미터의 그래프이다.
도 4c 는 도 4a 의 필터의 입력 임피던스의 그래프가 있는 스미스 차트이다.
도 5 는 도 3a, 도 4a, 및 도 6a 의 예시적인 표면 탄성파 필터들의 공진기 주파수들을 비교하는 표이다.
도 6a 는 다른 예시적인 표면 탄성파 필터 송신 필터의 블록도이다.
도 6b 는 도 5a 의 필터의 S-파라미터의 그래프이다.
도 6c 는 도 5a 의 필터의 입력 임피던스의 그래프가 있는 스미스 차트이다.
도 7 은 표면 탄성파 필터의 입력 임피던스를 최적화하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 8 은 도 6a 의 필터의 입력 임피던스의 그래프이다.
본 명세서 전체를 통해, 도면에 나타나는 구성 요소에는 세 자리 참조 번호들이 할당되는데, 이 중 가장 높은 숫자는 해당 구성 요소가 처음 나타나는 도면 번호를 나타내고 다음 두 개의 숫자들은 해당 구성 요소에 고유한 것이다. 도면과 함께 기술되지 않는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 가지는 이전에 설명된 구성 요소와 동일한 특징과 기능을 가지는 것으로 간주될 수 있다.
장치의 설명
필터 회로는 공통적으로 두 개 이상의 SAW 공진기를 포함한다. 예를 들어, 도 3a 는 X1 내지 X10으로 표시된 10 개의 SAW 공진기를 포함하는 예시적인 대역통과 필터 회로(300)의 개략도를 도시한다. 필터 회로(300)는 입력(포트 1)과 출력(포트 2) 사이에 직렬 연결되는 6 개의 직렬 공진기(X1, X3, X5, X6, X8, 및 X10)를 포함한다. 필터 회로(300)는 인접한 직렬 공진기들의 정션과 접지 사이에 연결되는 4 개의 션트 공진기(X2, X4, X7, 및 X9)를 포함한다. 10 개의 SAW 공진기, 6 개의 직렬 공진기, 및 4 개의 션트 공진기를 사용하는 것은 예시적인 것이다. 필터 회로는 10 개의 SAW 공진기보다 더 많거나 더 적은 공진기 및 직렬 및 션트 공진기의 다른 배치구성을 포함할 수 있다. 필터 회로(300)는, 예를 들어 듀플렉서(220)와 같은 듀플렉서 내에 내장되기 위한 송신 필터일 수 있다.
10 개의 공진기(X1-X10) 각각은 도 1 에 도시된 바와 같이 인터-디지털 트랜스듀서 및 그레이팅 반사기로 구성될 수 있다. 10 개의 공진기(X1-X10) 각각은 대응하는 공진 주파수인 f1 - f10을 가질 수 있다. 공진 주파수 f1 - f10은 모두 서로 다를 수 있다. 공진기(X1 - X10) 중 일부의 공진 주파수는 서로 같을 수도 있다. 통상적으로, 션트 공진기의 공진 주파수 f2, f4, f7, f9 는 직렬 공진기의 공진 주파수f1, f3, f5, f6, f8, f10으로부터 오프셋될 수 있다.
도 3b 는 필터(300)의 선택된 S-파라미터 또는 산란 파라미터를 표시하는 그래프이다. S-파라미터는 선형 전기 회로망의 성능을 기술하기 위하여 사용되는 관례이다. 실선(310)은 S(2,1)의 플롯인데, 이것은 전기 회로망의 포트 1 로부터 포트 2 로의 전달 함수이다. S(2,1)는 본질적으로 수치 부호가 변동되는 필터의 "삽입 손실(insertion loss)" 이다(예를 들어 S(2,1) = -3 dB는 3 dB의 삽입 손실과 등가이다). 이러한 경우에서, 실선(310)은 필터(300)의 측정된 입력-출력 전달 함수를 표시한다. 대역통과 필터는 필터(300)의 포트 1 에서의 신호 입력을 선결정된 "통과 대역" 내의 주파수들에 대하여 거의 손실이 없이 포트 2 로 전달하도록 요구될 수 있다. 도 3b 에 도시된 바와 같이, 필터(300)의 통과 대역은 약 1.7 GHz 내지 1.79 GHz이다. 통과 대역으로부터 변위되는 주파수들은 실질적으로 감쇠된다. 대역통과 필터에 대한 사양은 통과 대역에 걸쳐 S(2,1)의 최소 값(즉 최대 삽입 손실) 및 S(2,1)의 하나 이상의 저지 대역들 각각에 대해 최대 값(즉 최소 삽입 손실)을 포함할 수 있다.
쇄선(dashed line)(320)은 S(1,1)의 플롯인데, 이것은 전기 회로망의 포트 1 로부터 포트 1 로의 전달 함수이다. 이러한 경우에서, 쇄선(320)은 입력-입력 반사 계수를 표시하는데, 필터(300)의 모든 다른 포트들은 흔히 그리스 문자 감마(Γ)로 표시되는 이상적인 부하 임피던스로 종단된다. 필터(300)의 포트 1 에서의 신호 입력은 통과 대역 외부의 주파수들에 대해서 실질적으로 포트 1 로 다시 반사된다. 통과 대역 내에 속하는 주파수들에 대해서, 입력 신호의 반사는 -10 dB과 -40 dB 사이에서 변동한다.
도 3c 는 임피던스 스미스 차트를 도시한다. 스미스 차트는 회로의 복소 반사 계수의 극좌표를 사용한 플롯이다. 도 3c 는 필터(300)의 포트 1 의 복소 반사 계수의 플롯이다. 중심점은 제로의 반사 계수를 나타내고, 차트의 둘레는 1의 반사 계수를 나타낸다.
회로의 반사 계수는 회로의 입력 임피던스 및 소스 구동 회로의 임피던스에 의하여 결정된다. 따라서 스미스 차트는 회로의 입력 임피던스를 예를 들어 주파수의 함수로서 시각화하기 위한 그래픽 보조 도구로서 사용될 수 있다. 입력 임피던스를 시각화하기 위하여 사용될 경우, 실수 및 복소 임피던스 스케일이 종래의 스미스 차트에 추가되어, 도 3c 에 도시된 바와 같이 일반적으로 "임피던스 스미스 차트(impedance Smith chart)"라고 불리는 차트를 제공한다. 스미스 차트의 중심점(반사 계수는 제로와 같음)은 소스 임피던스와 동일한 입력 임피던스를 나타낸다. 소스 임피던스는 일반적으로 50 옴이지만, 반드시 그래야 하는 것은 아니다. 중심점을 통과하는 수평 라인은 실수 임피던스 값(즉 저항)의 궤적이다. 차트의 원주는 100% 반사를 초래하는 궤적 임피던스 값이다. 스미스 차트의 중심점을 통과하는 수평 라인의 좌측 끝은 단락 회로(0 임피던스)를 나타내고, 이러한 라인의 우측 끝은 개방 회로(무한 임피던스)를 나타낸다. 임의의 복소 입력 임피던스 값은 스미스 차트 상의 고유한 포인트에 대응할 것이다.
1.5 GHz로부터 2.0 GHz까지의 주파수 범위에 대한 필터(300)의 입력 임피던스가 도 3c 의 임피던스 스미스 차트에 표시된다. 실선(330)은 필터(300)의 통과 대역에서의 입력 임피던스를 나타내고, 쇄선(340)은 통과 대역 밖의 주파수들에 대한 입력 임피던스를 나타낸다. 이상적으로는, 필터(300)의 입력 임피던스는 통과 대역에 걸쳐 일정할 것인데, 이러한 경우 통과 대역에서의 입력 임피던스의 그래프는 임피던스 스미스 차트 상의 단일점이 될 것이다. 그러나, 이러한 이상적인 상황은 실수 대역통과 필터에서 달성될 수 없다. 실제 디자인 목적은, 필터(300)의 입력 임피던스가 통과 대역에 걸쳐 선결정된 양보다 많은 양으로 변동하지 않게 하는 것이다. 예를 들어, 디자인 목적 또는 요구 사항은, 실선 곡선(330)에서 가장 넓게 분리된 두 개의 점들이 선결정된 거리보다 많은 거리만큼 분리되지 않게 하는 것일 수 있다. 등가적으로, 디자인 목적 또는 요구 사항은 실선 곡선(330)이 선결정된 직경을 가지는 원 내에 전체적으로 포함되게 하는 것일 수 있다.
도 4a 는, 대역통과 필터 회로(300)와 유사하게 입력(포트 1)과 출력(포트 2) 사이에 직렬 연결되는 6 개의 직렬 SAW 공진기(X1, X3, X5, X6, X8, 및 X10), 및 인접한 직렬 공진기들의 정션과 접지 사이에 연결되는 4 개의 션트 공진기(X2, X4, X7, 및 X9)를 포함하는, 다른 예시적인 대역통과 필터 회로(400)의 개략도를 도시한다. 필터 회로(400)는 6 개의 직렬 공진기들 사이에서 공진 주파수들을 교환하고, 4 개의 션트 공진기들 사이에서 공진 주파수를 교환함으로써 필터 회로(300)로부터 유도될 수 있다.
도 5 는 후속하여 논의될 필터(300), 필터(400), 및 필터(600)에 속하는 공진기의 공진 주파수들을 나열하는 표(500)이다. 공진 주파수를 재배열한다는 것이 표(500)로부터 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 필터(400)에서, 공진기 X1 은 공진 주파수 f6 을 가지는데, 이것은 필터(300)에 있는 공진기 X6 의 공진 주파수였다. 필터(400) 내의 10 개의 SAW 공진기 중에서, 공진기 X8 만이 필터(300) 내의 자신의 상대방과 동일한 공진 주파수를 가진다. 션트 공진기 및 직렬 공진기의 공진 주파수들이 오프셋되기 때문에, 공진 주파수들은 직렬 공진기 및 션트 공진기 사이에서 교환되지 않을 것이다. 공진 주파수를 제외하고는, 필터(400) 내의 10 개의 SAW 공진기의 레이아웃(즉 기판 상의 상대적인 포지션), 크기, 및 다른 속성들은 필터(300)에 있는 각각의 상대방 공진기와 동일할 수 있다.
다시 도면들 해당하는 면을 참조하면, 도 4b 는 필터(400)의 선택된 s-파라미터를 표시하는 그래프이다. 실선(410)은 S(2,1)의 플롯인데, 이것은 필터(400)의 입력-출력 전달 함수이다. 필터(400)의 통과 대역은 약 1.7 GHz 내지 1.79 GHz이며, 필터(300)의 그것과 동일하다. 필터(400)의 포트 1 에 있는 신호 입력은, 통과 대역 내의 주파수들에 대해서 상대적으로 손실이 거의 없이 포트 2 로 전달된다. 그러나, 통과 대역 안에서 필터(400)의 손실은 5 dB만큼 높을 수도 있는데, 이것은 통과 대역에 걸친 필터(300)의 손실보다 훨씬 더 크다. 통과 대역으로부터 변위되는 주파수들은 실질적으로 감쇠된다.
쇄선(420)은 S(1,1)의 플롯인데, 이것은 필터(400)의 입력-입력 반사 계수이다. 필터(400)의 포트 1 에서의 신호 입력은 통과 대역 외부의 주파수들에 대해서 실질적으로 포트 1 로 다시 반사된다. 통과 대역 내에 속하는 주파수들에 대해서, 입력 신호의 반사는 -5 dB과 -25 dB 사이에서 변동한다. 따라서 통과 대역에서의 필터(400)의 반사 계수는 필터(300)의 반사 계수보다 훨씬 더 높다.
도 4c 는 임피던스 스미스 차트에 표시된 1.5 GHz로부터 2.0 GHz까지의 주파수 범위에 대한 필터(400)의 입력 임피던스의 그래프이다. 실선(430)은 필터(400)의 통과 대역에서의 입력 임피던스를 나타내고, 쇄선(440)은 통과 대역 밖의 주파수들에 대한 입력 임피던스를 나타낸다. 통과 대역에서의 필터(400)의 입력 임피던스(실선(430))는 크게 변동한다. 필터(400)의 입력 임피던스와 필터의 포트 1 에 도입된 신호의 소스 임피던스 사이의 불일치가 바로 필터(400)의 높은 반사 계수 및 열화된 송신의 근본적인 이유이다.
도 6a 는, 대역통과 필터 회로(300 및 400)와 유사하게 입력(포트 1)과 출력(포트 2) 사이에 직렬 연결되는 6 개의 직렬 SAW 공진기(X1, X3, X5, X6, X8, 및 X10), 및 인접한 직렬 공진기들의 정션과 접지 사이에 연결되는 4 개의 션트 공진기(X2, X4, X7, 및 X9)를 포함하는, 또 다른 예시적인 대역통과 필터 회로(600)의 개략도를 도시한다. 필터 회로(600)도 역시 다양한 직렬 공진기 및 다양한 션트 공진기의 공진 주파수들을 교환함으로써 필터 회로(300)로부터 유도되었다. 공진 주파수들이 교환된 방식은 도 5 에 있는 표(500)로부터 이해될 수 있다. 예를 들어, 필터(600)에서, 공진기 X1 은 공진 주파수 f5를 가지는데, 이것은 필터(300)에 있는 공진기 X5 의 공진 주파수였다. 또한, 필터(300)에 있는 공진기 X1 의 공진 주파수 f1 은 필터(600)에 있는 공진기 X10 의 공진 주파수이며, 이러한 방식으로 교환된다. 필터(600) 내의 10 개의 SAW 공진기 중에서, 공진기 X2 만이 필터(300) 내의 자신의 상대방과 동일한 공진 주파수를 가진다. 공진 주파수를 제외하고는, 필터(600) 내의 10 개의 SAW 공진기의 레이아웃(즉 기판 상의 상대적인 포지션), 크기, 및 다른 속성들은 필터(300)에 있는 각각의 상대방 공진기와 동일할 수 있다.
도 6b 는 필터(600)의 선택된 S-파라미터 또는 산란 파라미터를 표시하는 그래프이다. 실선(610)은 S(2,1)의 플롯인데, 이것은 필터(600)의 입력-출력 전달 함수이다. 필터(600)의 통과 대역은 약 1.7 GHz 내지 1.79 GHz이며, 필터(300)의 그것과 동일하다. 필터(600)의 포트 1 에 있는 신호 입력은, 통과 대역 내의 주파수들에 대해서 손실이 거의 없이 포트 2 로 전달된다. 통과 대역으로부터 변위되는 주파수들은 실질적으로 감쇠된다.
쇄선(620)은 S(1,1)의 플롯인데, 이것은 필터(600)의 입력-입력 반사 계수이다. 필터(600)의 포트 1 에서의 신호 입력은 통과 대역 외부의 주파수들에 대해서 실질적으로 포트 1 로 다시 반사된다. 통과 대역 내에 속하는 주파수들에 대해서, 입력 신호의 반사는 -16 dB과 -42 dB 사이에서 변동한다. 따라서 통과 대역에서의 필터(600)의 반사 계수는 필터(300)의 반사 계수보다 훨씬 더 낮다.
도 6c 는 임피던스 스미스 차트에 표시된 1.5 GHz로부터 2.0 GHz까지의 주파수 범위에 대한 필터(400)의 입력 임피던스의 그래프이다. 실선(630)은 필터(600)의 통과 대역에서의 입력 임피던스를 나타내고, 쇄선(640)은 통과 대역 밖의 주파수들에 대한 입력 임피던스를 나타낸다. 통과 대역에서의 필터(600)의 입력 임피던스(실선(630))는 통과 대역에서의 필터(300)의 입력 임피던스보다 적게 변동한다. 통과 대역에서 필터(400)의 입력 임피던스가 적게 변동하면, 필터의 포트 1 에 도입된 신호의 소스 임피던스와 더 양호하게 임피던스 매칭이 일어나게 되고, 결과적으로 필터(400)의 반사 계수가 더 낮아진다.
프로세스의 설명
도 3c, 도 4c, 및 도 6c 를 비교하면, SAW 대역통과 필터 내의 공진기 공진 주파수들을 배열하는 것(ordering)이 통과 대역에서의 필터의 입력 임피던스, 송신, 및 반사에 큰 영향을 주는 반면에, 통과 대역의 중심 주파수 및 대역폭 또는 통과 대역 외부의 주파수들에 대한 필터의 성능에는 거의 영향을 주지 않는다는 것이 나타난다. 따라서 공진기 공진 주파수들의 순서를 변경하면, 다른 필터 특징과 상대적으로 독립적으로 SAW 대역통과 필터 입력 임피던스를 최적화시키는 수단이 제공된다.
도 7 은 SAW 대역통과 필터를 설계하기 위한 프로세스(700)의 흐름도이다. 프로세스(700)는 해당 필터에 대한 사양의 세트를 가지고 단계 705 에서 시작된다. 사양들의 세트는, 예를 들어 통과 대역 및, 선택적으로 하나 이상의 저지 대역의 낮은 주파수 및 높은 주파수에 대한 사양을 포함할 수 있다. 사양들의 세트는 통과 대역에 걸친 S(2,1)의 최소 값(즉 최대 삽입 손실) 및 정의되는 경우 각각의 저지 대역에 걸친 S(2,1)의 최대 값(즉 최소 삽입 손실)을 포함할 수 있다. 사양들의 세트는 입력 임피던스 범위를 포함할 수 있다. 입력 임피던스 범위는, 예를 들어 선결정된 소스 임피던스를 가지는 소스에 의하여 구동될 경우의 필터의 입력에서의 최대 반사 계수 또는 최대 전압 정재파 비(maximum voltage standing wave ratio; VSWR)로서 정의될 수 있다. 입력 임피던스 범위는 몇 가지 다른 방식으로 정의될 수도 있다. 필터에 대한 사양들의 세트는 최대 다이 크기, 동작 온도 범위, 입력 전력 레벨, 및 다른 요구 사항과 같은 다른 요구 사항을 포함할 수 있다.
단계 710 에서 필터의 아키텍처가 선택될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 기판 구성(단결정 또는 합성물), 특정 압전 재료 및 결정 방위(즉 내부 결정 축에 대한 기판의 표면의 각도), 및 SAW 공진기의 개수, 타입, 및 배치구성이 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 3a, 도 4a, 및 도 6a 의 대역통과 필터는 6 개의 직렬 공진기 및 4 개의 션트 공진기를 가진다. 다른 필터 아키텍처는 더 많거나 더 적은 직렬 및/또는 션트 SAW 공진기를 포함할 수 있는데, 동일한 개수의 SAW 공진기는 다르게 연결된다(예를 들어 입력 및/또는 출력 포트로부터 접지로 연결된 션트 공진기를 포함함). SAW 공진기의 개수 및 배치구성에 추가하여, 기판 타입(이것은 부분적으로 각각의 SAW 공진기의 공진과 반-공진 사이의 주파수 간극을 결정함)이 단계 710 에서 선택될 수 있다. 단계 710 에서 선택될 수 있는 필터의 다른 특징들은, SAW 공진기의 맞물린(interdigitated) 트랜스듀서를 형성하기 위하여 사용되는 금속의 타입 및 두께, 맞물린 트랜스듀서들 상에 유전체 코팅이 존재하는지 또는 부존재하는지 및 유전체 코팅의 재료, 및 다른 제작과 관련된 특징들을 포함한다.
단계 720 에서, 단계 710 에서 선택된 아키텍처를 사용하는 베이스라인 필터 디자인이 확립될 수 있다. 베이스라인 디자인은, 예를 들어 회로 디자인 소프트웨어 툴 및/또는 전자기(EM) 분석 툴을 사용하는 설계 엔지니어에 의하여 수행될 수 있다. 회로 디자인 툴이 사용되는 경우, 필터는 전자 회로로서 분석될 수 있는데, SAW 공진기는 집중 커패시터, 인덕터, 및 저항 소자의 조합에 의하여 표현된다. EM 분석 툴이 사용되는 경우, 필터는 기판 상의 SAW 공진기 IDT들의 모델에 의하여 표현될 수 있다. 회로 디자인 툴 및 EM 분석 툴 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는 가능한 정도까지 선결정된 제 1 디자인 기준을 만족시키는 필터 디자인을 자동으로 최적화할 수 있을 수 있다. 제 1 디자인 기준들은 단계 705 로부터의 필터 사양의 세트의 서브세트일 수 있다. 예를 들어, 제 1 디자인 기준들은 통과 대역의 하부 및 상부 주파수 및, 선택적으로 하나 이상의 저지 대역을 포함할 수 있다. 제 1 디자인 기준들은 통과 대역에 걸친 S(2,1)의 최소 값 및, 정의되는 경우 각각의 저지 대역에 걸친 S(2,1)의 최대 값을 더 포함할 수 있다. 제 1 디자인 기준들은 다른 필터 사양을 포함할 수 있다.
단계 710 에서 선택된 아키텍처가 반드시 제 1 디자인 기준들을 만족시킬 수 있어야 하는 것은 아니라는 것에 주의한다. 예를 들어, 대역통과 필터에 대한 필터 디자인 기준들이 좁은 통과 대역 및 높은 저지-대역 억제를 포함한다면, 이러한 기준들은 오직 적은 수의 SAW 공진기만을 가지는 아키텍처에 의해서는 만족될 수 없을 수 있다. 단계 730 에서, 단계 720 으로부터의 베이스라인 디자인이 제 1 디자인 기준들을 만족하는지 여부가 결정될 수 있다. 만일 이용가능한 소프트웨어 툴을 사용하여 가능한 정도까지 최적화된 베이스라인 디자인이 제 1 디자인 기준들을 만족시키지 못한다면(단계 730 에서 "아니오") 프로세스(700)는 단계 710 으로 복귀하여 다른 필터 아키텍처를 선택할 수 있다.
단계 710 내지 단계 730 의 동작은 제 1 디자인 기준들을 만족하는 베이스라인 디자인이 확립될 때까지 필요에 따라 반복될 수 있다. 각각의 SAW 공진기가 유한한 기판 영역을 점유하기 때문에, 더 적은 공진기를 가지는 필터는 일반적으로 더 작은 기판을 사용할 것이고, 더 많은 공진기를 가지는 필터보다 제조 비용이 적을 것이다. 따라서 동작들의 가능한 시퀀스는 처음에 단계 710 에서 경계적으로 적은 개수의 공진기를 가지는 필터 아키텍처를 선택할 것이고, 그리고 단계 710 부터 단계 730 까지의 동작들이 반복되는 때마다 더 많은 공진기를 아키텍처에 추가할 것이다.
단계 720 에서 베이스라인 디자인이 제 1 디자인 기준들을 만족시킨다고 결정되면(단계 720 에서 "예"), 통과 대역에 걸친 입력 임피던스의 균일성을 개선하려는 목적으로, 필터 디자인의 추가적인 최적화가 착수될 수 있다. 단계 730 에서, 성능 메트릭은 베이스라인 필터 디자인의 분석에 의하여 유도될 수 있다. 성능 메트릭은 통과 대역에서의 베이스라인 필터의 입력 임피던스에 관련되는 하나 이상의 파라미터를 포함할 수 있다. 다양한 성능 메트릭은 도 8 에 대해서 후속해서 논의될 것이다. 단계 735 에서, 대안적인 디자인을 찾아야 하는지 여부에 대한 결정이 이루어질 수 있다. 베이스라인 필터 디자인만이 평가된 경우에는, 단계 735 에서 결정은 언제나 "예"여서, 적어도 하나의 대안적 디자인이 확립되고 평가되게 할 것이다.
단계 725 에서, 대체 필터 디자인은 이전의 필터 디자인에 속하는 공진기들의 주파수를 재정렬함으로써 확립될 수 있는데, 다시 말하면 두 개 이상의 직렬 공진기의 공진 주파수들은 교환될 수 있고 및/또는 두 개 이상의 션트 공진기의 공진 주파수들이 교환될 수 있다. 직렬 공진기 및 션트 공진기의 공진 주파수는 교환되지 않을 것이다. 두 개 이상의 공진기의 공진 주파수들을 변경시키는 것은, 적합한 공진기 내의 IDT들의 피치를 변경하는 반면에 다른 특징들(예를 들어 기판 상의 공진기들의 상대 위치, 각각의 공진기의 물리적 크기, 공진기들을 상호연결하는 도체, 및 다른 특징)은 변경되지 않게 둠으로써 달성될 수도 있다.
재배열된 공진 주파수들을 가지는 대체 필터 디자인의 성능이 단계 730 에서 분석되어 개별 성능 메트릭을 개발할 수 있다. 그러면 단계 735 에서 공진기 주파수의 다른 순서를 가지는 다른 대체 필터 디자인을 확립하도록 시도해야 하는지 여부에 대한 결정이 다시 이루어질 수 있다. 다른 대체 필터 디자인을 시도하기로 결정되면, 프로세스(700)는 단계 725 로 복귀할 수 있다. 단계 725 로부터 단계 735 까지의 동작들은, 다른 시도가 요구되지 않는다고 단계 735 에서 결정될 때까지 반복될 수 있다.
가능한 대체 필터 디자인의 개수는 단계 725 에서 선택될 수 있는 공진기 공진 주파수들에 대한 가능한 순서의 개수와 동일하다. 따라서 가능한 대체 필터 디자인의 개수는 N!M!로 주어지는데, 여기에서 N은 직렬 공진기의 개수이고 M은 션트 공진기의 개수이다. 도 3a, 도 4a, 및 도 5a 의 예에서, 가능성의 번호는 6!4! =(720)(24) = 17280 이다. 공진 주파수가 단계 725 에서의 동작이 반복될 때마다 어떻게 재배열되어야 하는지를 결정하기 위하여 다양한 전략들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 공진기 주파수들에 대해 가능한 순서의 각각을 순차적으로 선택하고 분석하는 소프트웨어 프로그램이 개발될 수 있다.
요구되는 계산의 양을 감소시키기 위하여(공진 주파수들에 대한 모든 가능한 순서를 분석하는 것과 비교하여), 힐-클라이밍(hill-climbing) 알고리즘의 변형과 같은 반복 전략이 공진기의 공진 주파수를 재배열하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 단계 725 에서, 직렬 공진기들의 쌍의 공진 주파수 또는 션트 공진기들의 쌍의 공진 주파수는 교환될 수 있고, 결과적으로 얻어지는 대안적 필터가 단계 730 에서 분석될 수도 있다. 만일 교환된 공진 주파수를 가지는 새로운 대체 필터가 필터 성능 메트릭에 기초하여 종래의 필터보다 개선된 것이라면, 새로운 대체 필터가 새로운 베이스라인 디자인이 된다. 교환된 공진 주파수를 가지는 새로운 대체 필터가 종래의 필터에 비해 개선된 것이 아닌 경우에는, 변경은 다시 반전된다. 어느 경우에서나, 공진기의 새로운 쌍을 선택하는 단계, 선택된 공진기의 공진 주파수를 교환하는 단계, 결과를 분석하는 단계, 및 변경을 유지할 지 여부를 결정하는 단계는 반복된다. 따라서 필터 성능은 수 회 반복하는 동안에 점진적으로 개선될 수 있다. 몇 가지 다른 반복적 전략이 공진기의 공진 주파수들을 재배열하기 위하여 사용될 수 있다.
필터를 반복적으로 최적화하는 도중에, 새로운 필터 디자인이 이전의 필터 디자인에 비해 개선된 것인지를 결정하기 위하여 여러 다른 필터 성능 메트릭들이 사용될 수 있다. 도 8 은 도 6 으로부터의 필터(600)의 입력 임피던스의 그래프(800)이다. 그래프(800)는 복소 임피던스 평면으로 변환된 도 6c 로부터의 데이터를 보여준다. 실선(830)은 자신의 통과 대역에 걸친 예시적인 대역통과 필터의 입력 임피던스의 플롯이다. 통과 대역의 에지를 나타내는 실선(830)의 끝부분들이 작은 원(832, 834)에 의하여 표시된다. 쇄선(840, 842)은 자신의 통과 대역 밖에서의 필터의 입력 임피던스의 플롯이다.
새로운 필터 디자인이 이전의 필터 디자인에 비해 개선된 것인지를 결정하기 위하여 사용될 수 있는 하나의 필터 성능 메트릭은 공칭 임피던스 값(이러한 예에서, 50 옴의 실수 또는 저항성 임피던스)으로부터 곡선(830) 상의 가장 먼 점까지의 거리(850)이다. 거리(850)는 공칭 소스 임피던스를 가지는 소스에 의하여 구동될 경우의 자신의 통과 대역 내에서의 필터의 최악의 경우 반사 계수를 나타낸다. 거리(850)는, 소스의 소스 임피던스가 특정한 값, 예컨대 50 옴으로 고정되는 경우에 새로운 필터 디자인이 이전의 필터 디자인에 비해 개선된 것인지를 결정하는 적합한 필터 성능 메트릭일 수 있다.
일부 애플리케이션에서, 소스 구동 필터의 소스 임피던스는 특정한 값으로 고정되지 않을 수 있고, 필터와 매칭되도록 조절될 수 있다. 이러한 경우에서, 새로운 필터 디자인이 이전의 필터 디자인에 비해 개선된 것인지를 결정하기 위하여 사용될 수 있는 필터 성능 메트릭은 곡선(830)을 둘러싸거나 감싸는 최소 원(860)의 직경이다. 원(860)의 직경은 통과 대역에서의 필터 입력 임피던스의 균일성의 측정이다. 원(860)은 보통 가장 멀리 이격되는 곡선(830) 상의 두 점들에 의하여 결정된다. 소스 구동 필터의 소스 임피던스에 실무상의 한계가 있을 수 있기 때문에, 원(860)의 직경 및 거리(850)의 조합이 새로운 필터 디자인이 이전의 필터 디자인에 비해 개선된 것인지를 결정하기 위한 필터 성능 메트릭으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 필터 성능 메트릭은 거리(850)가 선결정된 값을 초과할 수 없다는 한계를 가지고 원(860)의 직경을 감소시키는 것일 수 있다. 원(860)의 중심(십자(862)로 표시됨)도 유용한 척도인데, 그 이유는 이것이 곡선(830) 상의 모든 점에 대해 양호한 평균 매칭을 제공할 소스 임피던스의 공액 복소수이기 때문이다.
더 낮은 계산 비용에서 이러한 분석을 근사화할 수 있는 대안적인 성능 지수가 사용될 수 있다. 원(860)의 중심은 곡선(830) 상의 평균값을 계산함으로써 근사적으로 발견될 수 있고, 원(860)의 반경은 복소 평면에서 평균 값으로부터 최대 거리에 있는 곡선(830) 상의 점을 찾아냄으로써 근사화될 수 있다.
SAW 대역통과 필터의 많은 애플리케이션들은 확장된 온도 범위에 걸쳐서 동작할 수 있어야 한다. 예를 들어, 소비자 통신 디바이스에서 사용되기 위한 SAW 대역통과 필터는 25°C의 공칭 온도에 대하여 설계될 수 있지만, 0°C부터 55°C까지의 온도 범위에 걸쳐서 동작하여야 할 수 있다. 산업용 또는 군사용 통신 디바이스에서 사용되기 위한 SAW 대역통과 필터는 훨씬 더 큰 온도 범위에 대하여 설계될 수 있다. 온도에 변동이 생기면 SAW 공진기의 공진 주파수가 비례적으로 천이되게 될 것이다. 이러한 경우가 생기면, 필터의 입력 임피던스의 플롯의 일반적 형상은 변경되지 않을 수 있지만, 통과 대역을 나타내는 플롯의 부분은 천이될 것이다. 도 8 의 예에서, 통과 대역(실선(830))은 연속 곡선(832-830-834)을 따라서 천이할 것이다. 통과 대역의 하나의 또는 다른 에지에서의 입력 임피던스가 극단 온도에서 크게 변동되지 않도록 보장하기 위하여, 통과 대역의 양자 모두의 에지에서의 입력 임피던스가 공칭 온도에서의 공칭 소스 임피던스에 근접하도록 필터를 설계하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우에서, 새로운 필터 디자인이 이전의 필터 디자인에 비해 개선된 것인지를 결정하기 위하여 사용될 수 있는 필터 성능 메트릭은 고체 곡선(830)의 단부(832, 834) 사이의 거리이다.
다시 도 7 을 참조하면, 추가적 대체 필터 디자인을 확립할 필요가 있는지에 대한 결정이 결국 단계 735 에서 이루어질 수 있다(단계 735 에서 "아니오"). 이러한 결정은 모든 가능한 공진 주파수 배열들을 분석한 이후에 이루어질 수 있다. 추가적 대체 필터 디자인이 확립될 필요가 없다는 결정은, 선결정된 개수의 무작위로 선택된 공진 주파수 순서들이 분석된 이후에, 또는 단계 725 내지 단계 735 로부터의 동작들을 통한 선결정된 개수의 반복적 사이클 이후에 이루어질 수 있다. 추가적 대체 필터 디자인을 시도할 필요가 없다는 결정은, 단계 730 에서의 분석의 결과가 가장 최근의 필터 디자인이 "충분히 양호하다"는 것, 다시 말해서 가장 최근의 필터 디자인이 단계 715 로부터의 베이스라인 디자인에 의하여 만족되는 디자인 기준들에 추가하여 몇 가지 추가적인 디자인 기준들을 만족한다는 것을 표시하는 경우에 이루어질 수 있다. 다른 디자인 기준들은 새로운 필터 디자인이 이전의 필터 디자인에 비해 개선된 것인지 여부를 결정하기 위하여 단계 730 에서 사용되는 필터 성능 메트릭에 관련되거나 이것과 동일할 수 있다. 예를 들어, 그 외의 디자인 기준들은 제 1 선결정된 거리보다 적거나 이것과 같은 거리(850), 선결정된 직경보다 작거나 이것과 동일한 원(860)의 직경, 및/또는 제 2 선결정된 거리보다 더 작거나 이것과 동일한 고체 곡선(830)의 단부(832, 834) 사이의 거리이거나 이것들을 포함할 수 있다.
추가적 대체 필터 디자인을 시도할 필요가 없다고 단계 735 에서 결정된 이후에, 최선의 디자인이 단계 740 에서 선택될 수 있다. 마지막 디자인이 "충분히 양호"해서 추가적 대체 필터 디자인을 시도할 필요가 없다고 결정된 경우, 또는 추가적 대체 필터 디자인을 시도할 필요가 없다는 결정이 선결정된 회수의 반복을 수행한 이후에 이루어질 수 있는 경우에는, 마지막 디자인이 본질적으로 최선의 디자인이 될 것이다. 추가적 대체 필터 디자인을 시도할 필요가 없다는 결정이 모든 가능한 공진 주파수 순서들이 분석된 이후에 이루어지는 경우, 최선의 디자인은 거리(850), 원(860)의 직경, 및/또는 고체 곡선(830)의 단부(832, 834) 사이의 거리와 같은 척도를 사용하여 선택될 수 있다.
단계 740 에서 선택되는 디자인은, 예를 들어 회로 디자인 소프트웨어 툴 및/또는 전자기(EM) 분석 툴을 사용하는 디자인 엔지니어에 의하여 단계 745 에서 더욱 최적화될 수 있다. 그러면 단계 745 로부터 얻어진 최적화된 필터가 단계 705 로부터의 사양들의 전체 세트를 만족시키는지 여부에 대하여 단계 750 에서 결정될 수 있다. 최적화된 필터가 사양들을 만족시키는 경우(단계 750 에서 "예") 프로세스(700)는 단계 795 에서 종료될 수도 있다. 최적화된 필터가 사양들의 세트를 만족시키지 않는 경우(단계 750 에서 "아니오"), 프로세스(700)의; 전부 또는 일부들이 반복될 수 있다. 예를 들어, 프로세스(700)는 다른 필터 아키텍처를 선택하도록 단계 710 으로 복귀할 수 있다.
맺음말
본 명세서에 걸쳐서, 도시된 실시예 및 예들은, 개시되거나 청구되는 장치 및 프로시저를 한정하는 것이 아니라 예시시적인 것으로 간주되어야 한다. 비록 본 명세서에서 제공되는 예들 중 많은 것들이 방법 동작 또는 시스템 구성 요소들의 특정한 조합을 수반하지만, 그러한 동작 및 그러한 구성 요소들이 동일한 목적을 달성하기 위하여 다른 방식으로 결합될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 흐름도와 관련하여, 더 많은 단계들 및 더 적은 단계들이 행해질 수 있고, 도시된 바와 같은 단계들은 결합되거나 더욱 정제되어 본 명세서에서 설명되는 방법을 획득할 수 있다. 일 실시예와 연계해서만 논의되는 동작, 구성 요소 및 피쳐는 다른 실시예들에서의 유사한 역할로부터 배제되도록 의도되지 않는다.
본 명세서에서 사용될 때, "복수(plurality)"는 두 개 이상을 의미한다. 본 명세서에서 사용될 때, 아이템의 "세트(set)"는 이러한 아이템 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 상세한 설명 또는 청구항 중 어디에 기록되는지와 무관하게, "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "소지하는(carrying)", "가지는(having)", "보유하는(containing)", "수반하는(involving)", 및 기타 등등의 용어는 열린 의미라고, 즉 이들을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아니라고 이해된다. "~로 이루어지는(consisting of)" 및 "본질적으로 ~로 이루어지는(consisting essentially of)"의 전이어구들만이, 청구항에 대하여 각각 닫힌 의미이거나 반-닫힌 전이어구이다. "제 1(first)", "제 2(second)", "제 3(third)" 등과 같은 서수를 청구항에서 청구항 구성 요소를 수식하기 위하여 사용하는 것은 그 자체로서 임의의 우선순위, 선행성(precedence), 또는 하나의 청구항 구성 요소의 다른 것에 앞선 순서 또는 방법의 동작들이 수행되는 시간적 순서를 내포하는 것이 아닌 반면에, 이들은 특정한 명칭을 가지는 하나의 청구항 구성 요소를 동일한 명칭(서수가 없을 경우 동일한 명칭)을 가지는 다른 구성 요소와 구별하여 청구항 구성 요소를 구별하기 위한 라벨로서만 사용된다. 본 명세서에서 사용될 때, "및/또는"은 나열된 아이템들이 대안적인 것들이라는 것을 의미하지만, 이러한 대안들은 나열된 아이템의 임의의 조합을 더 포함한다.
Claims (12)
- 대역통과 필터를 설계하는 방법으로서,
제 1 디자인 기준들을 만족하는 베이스라인 필터 디자인을 확립하는 단계로서, 상기 베이스라인 필터 디자인은 복수 개의 직렬 표면 탄성파 공진기 및 복수 개의 션트(shunt) 표면 탄성파 공진기를 포함하고, 각각의 표면 탄성파 공진기는 개별 공진 주파수를 가지는, 단계;
통과 대역에서의 상기 베이스라인 필터 디자인의 입력 임피던스와 관련된 성능 메트릭(performance metric)을 계산하는 단계;
하나 이상의 대체 필터 디자인들을 확립하는 단계로서, 상기 하나 이상의 대체 필터 디자인들 각각은 상기 복수 개의 직렬 표면 탄성파 공진기 중 두 개 이상 및/또는 상기 복수 개의 션트 표면 탄성파 공진기 중 두 개 이상의 공진 주파수를 재배열함으로써, 상기 베이스라인 필터 디자인으로부터 얻어지는 단계;
상기 통과 대역에서의 상기 하나 이상의 대체 필터 디자인 각각의 입력 임피던스와 관련된 개별 성능 메트릭을 계산하는 단계; 및
상기 개별 성능 메트릭에 기초하여 상기 베이스라인 필터 디자인 및 하나 이상의 대체 필터 디자인으로부터 최종 필터 디자인을 선택하는 단계를 포함하는, 대역통과 필터 설계 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 성능 메트릭은 상기 통과 대역에서의 최대 반사 계수이고,
상기 최종 필터 디자인을 선택하는 단계는, 상기 베이스라인 필터 디자인 및 상기 하나 이상의 대체 필터 디자인으로부터, 상기 통과 대역에서의 최소의 최대 반사 계수를 갖는 디자인을 선택하는 단계를 포함하는, 대역통과 필터 설계 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 성능 메트릭은 복소 임피던스 평면에 그려진, 상기 통과 대역에서의 입력 임피던스에 외접하는 최소-크기 원의 직경이고,
상기 최종 필터 디자인을 선택하는 단계는, 상기 베이스라인 필터 디자인 및 상기 하나 이상의 대체 필터 디자인으로부터, 상기 복소 임피던스 평면에 그려진 상기 통과 대역에서 입력 임피던스에 외접하는 최소-크기 원의 가장 작은 직경을 갖는 디자인을 선택하는 단계를 포함하는, 대역통과 필터 설계 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 성능 메트릭은 복소 임피던스 평면에 그려진, 상기 통과 대역의 에지에서의 입력 임피던스들 사이의 거리이고,
상기 최종 필터 디자인을 선택하는 단계는, 상기 베이스라인 필터 디자인 및 상기 하나 이상의 대체 필터 디자인으로부터, 상기 복소 임피던스 평면에 그려진 상기 통과 대역의 에지에서의 입력 임피던스 사이의 가장 짧은 거리를 갖는 디자인을 선택하는 단계를 포함하는, 대역통과 필터 설계 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 대체 필터 디자인을 확립하는 단계와 상기 개별 성능 메트릭을 계산하는 단계는, 다수의 직렬 표면 탄성파 공진기들 및 다수의 션트 표면 탄성파 공진기들의 공진 주파수들의 모든 가능한 배열에 대해서 반복되는, 대역통과 필터 설계 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 대체 필터 디자인을 확립하고 분석하는 단계는, 다수의 직렬 표면 탄성파 공진기들 및 다수의 션트 표면 탄성파 공진기들의 공진 주파수의 무작위로 선택된 배열의 선결정된 개수에 대해서 반복되는, 대역통과 필터 설계 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 대체 필터 디자인을 확립하고 분석하는 단계는,
상기 베이스라인 필터 디자인으로부터 시작하여, 다수의 직렬 표면 탄성파 공진기들로부터 두 개의 직렬 공진기 또는 다수의 션트 표면 탄성파 공진기들로부터 두 개의 션트 공진기의 공진 주파수들을 교환함으로써 새로운 필터 디자인을 확립하는 단계;
상기 새로운 필터 디자인에 대한 성능 메트릭을 계산하는 단계;
상기 새로운 필터 디자인의 성능 메트릭이 상기 베이스라인 필터 디자인의 성능 메트릭에 비해 개선된 것인지 여부를 결정하는 단계; 및
상기 새로운 필터 디자인의 성능 메트릭이 상기 베이스라인 필터 디자인에 비해 개선된 것이라면, 상기 새로운 필터 디자인을 상기 베이스라인 필터 디자인으로서 규정하거나,
상기 새로운 필터 디자인의 성능 메트릭이 상기 베이스라인 필터 디자인에 비해 개선된 것이 아니라면, 상기 새로운 필터 디자인을 폐기하고 상기 베이스라인 필터 디자인을 유지하는 단계를 포함하는, 대역통과 필터 설계 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 새로운 필터 디자인이 상기 제1 디자인 기준들과 함께 제 2 디자인 기준들을 만족하는지를 결정하는 단계; 및
상기 새로운 필터 디자인이 상기 제 2 디자인 기준들을 만족하면, 상기 새로운 필터 디자인을 최종 디자인으로서 선택하거나,
상기 새로운 필터 디자인이 상기 제 2 디자인 기준들을 만족시키지 못하면, 제 7 항의 방법을 반복하는 단계를 더 포함하는, 대역통과 필터 설계 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 성능 메트릭은 상기 통과 대역에서의 최대 반사 계수이고, 및
상기 제 2 디자인 기준들은 선결정된 값을 초과하지 않는, 상기 통과 대역에서의 최대 반사 계수인, 대역통과 필터 설계 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 성능 메트릭은 복소 임피던스 평면에 그려진, 상기 통과 대역에서의 입력 임피던스에 외접하는 최소-크기 원의 직경이고,
상기 제 2 디자인 기준들은 선결정된 값을 초과하지 않는 상기 최소-크기 원의 직경인, 대역통과 필터 설계 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 성능 메트릭은 복소 임피던스 평면에 그려진, 상기 통과 대역의 에지에서의 입력 임피던스 사이의 거리이고,
상기 제 2 디자인 기준들은 선결정된 값을 초과하지 않는, 상기 통과 대역의 에지의 반사 계수 사이의 거리인, 대역통과 필터 설계 방법. - 제 1 디자인 기준들을 만족하는 베이스라인 필터 디자인을 확립하는 단계로서, 상기 베이스라인 필터 디자인은 복수 개의 직렬 표면 탄성파 공진기 및 복수 개의 션트 표면 탄성파 공진기를 포함하고, 각각의 표면 탄성파 공진기는 개별 공진 주파수를 가지는, 단계;
통과 대역에서의 상기 베이스라인 필터 디자인의 입력 임피던스에 관련된 성능 메트릭(performance metric)을 제공하도록 상기 베이스라인 필터 디자인을 분석하는 단계;
하나 이상의 대체 필터 디자인을 확립하는 단계로서, 상기 하나 이상의 대체 필터 디자인 각각은 상기 복수 개의 직렬 표면 탄성파 공진기 중 두 개 이상 및/또는 상기 복수 개의 션트 표면 탄성파 공진기 중 두 개 이상의 공진 주파수를 재배열함으로써, 상기 베이스라인 필터 디자인으로부터 얻어지는 단계;
상기 하나 이상의 대체 필터 디자인 각각을 분석하여 상기 통과 대역에서의 각각의 대체 필터 디자인의 입력 임피던스와 관련된 개별 성능 메트릭이 제공되는, 대체 필터 디자인을 확립하고 분석하는 단계; 및
상기 개별 성능 메트릭을 제공하는 단계;
상기 개별 성능 메트릭을 기초로 상기 베이스라인 필터 디자인 및 하나 이상의 대체 필터 디자인으로부터 최종 필터 디자인을 선택하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 설계된 필터.
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